仿鱼机器人2
仿生机器人技术研究及应用前景
仿生机器人技术研究及应用前景一、引言随着科技的不断发展，人们对机器人技术的探索和研究越来越深入。
在机器人领域，仿生机器人技术无疑是一个不可忽视的重要研究方向。
仿生机器人利用生物体的结构、功能等特性，以及生物学、力学、材料学等交叉学科的知识和理论基础，借鉴生物体的智慧设计和优秀特性，致力于构建与生物体类似的机器人，以期为现代工业和生活提供更好的服务和解决方案。
本文将从多个角度探讨仿生机器人的技术研究和应用前景。
二、仿生机器人的发展历程仿生机器人的概念最早可以追溯到20世纪50年代。
当时，学者们通过分析蝴蝶、鸟类等动物的飞行方式，提出了仿鸟类的飞行器设计概念。
随后，仿生机器鱼、仿生机器蜘蛛、仿生机器人手等各种仿生机器人相继问世。
其中，仿生机器人手更是在医疗领域得到广泛应用，成为手术机器人普及的一个重要前提。
三、仿生机器人技术的研究内容仿生机器人技术的研究内容涉及到多个领域，如机械设计、多学科交叉等。
具体而言，主要包括以下几个方面：1、仿生材料的研究：通过仿生材料的研究，可以开发出和生物组织力学特性相近的人工材料，如仿生肌肉、仿生骨骼等，使仿生机器人的机械特性更加符合人体运动、机理的需求。
2、仿生控制策略的研究：生物体的运动控制源于神经系统的控制，所以仿生机器人的控制策略往往借鉴了生物体运动控制的原理和思想。
例如，仿生机器人可以通过模仿动物的运动模式来实现自由机动。
3、仿生机器人机构结构的研究：仿生机器人的机械结构与生物特征紧密相关，通过分析生物体的结构和运动特性可获得生物体优秀特性的机理，如仿生机器人鳍、仿生水母等。
四、仿生机器人的应用前景仿生机器人技术可以为人们的精准医疗、环境保护、生产制造等领域提供更多种类、更具智能化的机器人产品。
1、医疗领域仿生机器人手术机器人是目前医疗领域应用最为广泛的仿生机器人。
手术机器人通过手柄操作器和3D显微镜，许多手术可定位进行，它比传统手术优越的地方是能做到更小跨度的手术、减少疼痛，从而减少病人在后期的恶病大量的苦痛。
仿生机器人报告
仿⽣机器⼈报告H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y仿⽣感知与先进机器⼈技术课程报告(1)报告题⽬：仿⽣机器⼈课程报告院系：机电学院班级：姓名：学号：哈尔滨⼯业⼤学机电⼯程学院摘要：仿⽣学是模仿⽣物系统的原理以建造技术系统，或者使⼈造技术系统具有⽣物系统特征或类似特征的科学，它是在上世纪中期才出现的⼀门新的边缘科学。
关键词：仿⽣；仿⽣机械；仿⼈机器⼈1.仿⽣学仿⽣学是模仿⽣物系统的原理以建造技术系统，或者使⼈造技术系统具有⽣物系统特征或类似特征的科学，它是在上世纪中期才出现的⼀门新的边缘科学。
仿⽣学的研究对象是研究⽣命的结构、能量转换和信息流动的过程，并利⽤电⼦、机械技术对这些过程进⾏模拟，从⽽改善现有的和创造出崭新的现代技术装置。
从仿⽣学的诞⽣、发展，到现在短短⼏⼗年的时间内，它的研究成果已经⾮常可观。
仿⽣学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向⽣物界索取蓝图的道路，它⼤⼤开阔了⼈们的眼界，显⽰了极强的⽣命⼒。
.2.仿⽣机器⼈基本概念及其分类仿⽣机器⼈是指模仿⾃然界中⽣物的外部形状、运动原理或⾏为⽅式的系统，并且能从事⽣物特点⼯作的机器⼈。
仿⽣机器⼈的研究是以机器⼈技术和仿⽣学的发展为基础，它的产⽣和存在的前提条件在于⽣物是经过了长期的⾃然选择进化⽽来的，在结构、功能执⾏、环境适应、信息处理、⾃主学习等诸多⽅⾯具有⾼度的合理性和科学性。
⼈类通过研究、学习、模仿来复制和再造某些⽣物特性和功能，制造出能够代替⼈类从事恶劣环境下⼯作的仿⽣机器⼈，从⽽极⼤地提⾼⼈类对⾃然的适应和改造能⼒，产⽣巨⼤的社会经济效益。
仿⽣机器⼈作为机器⼈技术领域中的⼀个新兴的发展分⽀，是众多专家和学者的研究热点。
对于仿⽣机器⼈的研究是多⽅⾯的，因此出现了功能、形状各异以及⼯作原理不同的仿⽣机器⼈，种类繁多。
分类⽅法也不尽相同，按照仿⽣机器⼈模仿特性可划分为仿⼈类肢体和仿⾮⼈⽣物两⼤类；按照仿⽣机器⼈模仿的运动机理、感知机理、控制机理及能量代谢和材料组成的进⾏划分；按照仿⽣机器⼈的空间⼯作环境的不同⼜可划分空中仿⽣机器⼈、陆地仿⽣机器⼈和⽔下仿⽣机器⼈等。
一种仿皮皮虾水下机器人的制作方法及专利技术
一种仿皮皮虾水下机器人的制作方法1.本发明涉及水下仿生机器人领域，特别是涉及一种仿皮皮虾水下机器人。
<b>背景技术：</b>2.近年来为了适应不同海洋环境和任务要求，仿生技术的研究受到人们的广泛关注，目前国内外设计的仿生水下机器人主要采用鳍/躯干运动推进或喷射推进的游动模式，广泛应用于各种科学领域。
各种仿鱼类、仿两栖类结构水下机器人已经有一定的研究发展，而仿皮皮虾水下机器人仍待被探索研究。
皮皮虾从4亿年前至今，面对自然界的选择，却从未有过自然进化和改变，它能够适应时刻变化的水下环境，具有优异的水下运动能力进行各项生命活动，其仿生结构值得被探究。
<b>技术实现要素：</b>3.本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种仿皮皮虾水下机器人，该机器人应具有运动灵活、简单可靠的特点。
4.本发明的技术方案是：5.一种仿皮皮虾水下机器人，包括控制机构；其特征在于：该机器人包括头部、尾部、连接头部与尾部的柔性脊柱、沿着柔性脊柱布置的若干运动机构、驱动柔性脊柱弯曲的转向机构以及设置在头部的控制机构；所述运动机构包括与柔性脊柱固定的骨架、对称设置在骨架两侧的两个脚蹼、分别驱动各脚蹼摆动的两个运动舵机；所述转向机构包括设置在头部的转向舵机、由转向舵机驱动的绕线盘、缠绕在绕线盘上并且两端依次穿过各骨架后与尾部固定的转向绳。
6.所述脚蹼包括由运动舵机驱动的主连杆、与主连杆固定的上划板架、可摆动地定位在上划板架底部的中划板架、可摆动地定位在中划板架底部的下划板架、设置在各划板架上的硅胶膜、用于控制中划板架与下划板架摆动角度的限位板。
7.所述上划板架还通过副连杆可摆动地定位在骨架上；所述主连杆的摆动轴线与副连杆的摆动轴线同轴；所述主连杆的摆动轴线、中划板架的摆动轴线、下划板架的摆动轴线互相平行。
8.所述限位板包括设置在中划板架上用于控制摆动角度的两个中限位板以及设置在下划板架上用于控制摆动角度的两个下限位板。
鱼尾摆动机械结构-概述说明以及解释
鱼尾摆动机械结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在撰写本文时，我们将探讨鱼尾摆动机械结构。
鱼尾摆动机械结构是一种模仿鱼尾摆动运动的机械结构，它通过仿生设计和工程优化，实现了优秀的运动性能和机械功能。
鱼尾摆动机械结构在生物学和工程领域都备受关注和研究。
它借鉴了鱼类尾鳍运动的原理，并将其应用到机械设计中。
通过模仿鱼类的运动方式，鱼尾摆动机械结构可以实现高效的推进和灵活的姿态控制，具有广泛的应用潜力。
本文将首先介绍鱼尾摆动机械结构的定义和原理。
我们将深入探讨其工作原理、组成结构以及关键技术。
之后，我们将探讨鱼尾摆动机械结构的应用领域。
不仅在水下机器人、航空航天、水流工程等领域，鱼尾摆动机械结构也在工业机械、机器人等领域展示出了广泛的应用前景。
随后，我们将讨论鱼尾摆动机械结构的设计与优化。
这一部分将探讨各种设计方法和优化策略，以提高鱼尾摆动机械结构的性能和效率。
我们将介绍CAD软件的应用以及仿真模拟方法，以辅助设计和优化过程。
最后，在结论部分，我们将对本文进行总结，并展望鱼尾摆动机械结构的未来发展方向。
我们将强调其潜在的应用前景和在工程领域的价值。
此外，我们还会提出一些问题和挑战，以启发更多的研究和创新。
通过本文的研究，相信读者将对鱼尾摆动机械结构有更深入的了解，并能够在相关领域做出有益的贡献。
让我们一同探索鱼尾摆动机械结构的奇妙世界吧！1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下方面：文章的结构是指文章的整体组织形式和章节划分，它对读者理解文章的内容和逻辑关系起着关键的作用。
本文将按照以下结构展开：第一部分是引言部分，介绍鱼尾摆动机械结构的背景和意义。
其中，在引言的概述部分，简要介绍鱼尾摆动机械结构的基本概念和特点，引导读者对该主题建立起初步的了解。
接着，在文章结构的下一节中，详细介绍了文章的组织方式，展示了整篇文章的框架和主要章节的内容。
最后，在引言部分的目的部分，明确表达了本文的写作目的，即探讨鱼尾摆动机械结构的设计与优化。
基于ICPF驱动器无线仿生鱼型机器人设计
基于ICPF驱动器无线仿生鱼型机器人设计樊成;魏祥;冯磊;郭健;郭书祥【摘要】In this paper, a wireless intelligent biomimetic fish-like robot has been developed. We choose the ICPF(Ionic Conducting Polymer Film) material as the actuator for the fish-like robot, to choose the 3-way infrared ob-stacle avoidance sensor embedded in fish eyes and fish mouth as the navigation system of the fish-like robot,to choose the Arduino Mini Pro as the main controller. Due to the characteristics of low power consumption of the ICPF material, the biomimetic fish-like robot can realize forward motion, turning motion and obstacle avoidance mo-tion without noise in water. In addition, the biomimetic fish-like robot can live with other real fish without interfer-ence in the same environment, the battery of the developed fish-like robot can last 3 hours, and it can realize on-line programming and can be charged in real-time. The experimental results indicated that the developed fish-like robot can move smoothly in water, the maximum velocity of the biomimetic fish-like robot can be obtained at 10.02 mm/s when the driving voltage is 9 V and the driving frequency is 1 Hz, the developed fish-like robot will be used to the field of military detection and ocean exploitation.%本文设计了一个无线智能仿生鱼型机器人.采用离子导电聚合物薄膜材料ICPF （Ionic conducting polymer film）作为机器人驱动器，在鱼眼和鱼嘴处内嵌3路红外避障传感器作为仿生鱼型机器人的导航系统，在机器人体内嵌入Arduino Mini Pro作为机器人的主控制器.由于选用低功耗的ICPF材料，该鱼型机器人续航时间长达3 h，该仿生鱼型机器人可实现在水中无噪声前进、转弯和避障等运动模式，且可以实现在线编程和实时充电.实验测试结果表明，该仿生鱼型机器人系统稳定，在水中运动如真实的鱼，可以同其他鱼类生物在同一环境中无干扰的交互生存，在9V、1 Hz电压信号的驱动下，最大游动速度为10.02 mm/s，该仿生鱼型机器人可用于军事侦测，海洋开发等领域.【期刊名称】《天津理工大学学报》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P36-40)【关键词】仿生鱼型机器人;ICPF(Ionic conducting polymer film)驱动器;红外传感器;微控制器;无噪声【作者】樊成;魏祥;冯磊;郭健;郭书祥【作者单位】天津理工大学自动化学院天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室医学机器人实验室，天津300384;天津理工大学自动化学院天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室医学机器人实验室，天津300384;天津理工大学自动化学院天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室医学机器人实验室，天津300384;天津理工大学自动化学院天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室医学机器人实验室，天津300384;天津理工大学自动化学院天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室医学机器人实验室，天津300384; 日本香川大学工学院，日本高松市761-0396【正文语种】中文【中图分类】TP242近年来，海洋的开发与研究已经成为当今国内外研究学者的热点话题之一.传统的海洋开发工具大部分是利用电机或螺旋桨驱动的机器人，该机器人有噪声，不利于军事侦测、海洋开发等领域，同时该机器人的机身相对较大，不利于在狭窄的海域进行操作，限制了机器人的作业空间[1].新型智能材料为驱动器来设计仿生机器人不仅能够弥补传统机器人的缺陷，同时该智能驱动器具有无噪音、无污染、低压驱动和便于实现小型化等优点，是作为海洋开发的新型探索工具[2].本文研制了一种基于ICPF驱动器的仿生鱼型机器人样机，该机器人的机身较小能够在狭窄的管道或放射性海域中操作，完成海底作业任务；同时机器人的重量较轻，具有很高的灵活性[3].1.1 ICPF驱动器工作原理ICPF作为一种高分子复合材料，其结构如图1所示.当在ICPF材料两端施加方波信号时，材料中的离子会与水分子发生电解反应，ICPF薄膜会向阳极一侧弯曲，其弯曲示意图如图2所示.基于ICPF材料在交变低电压的作用下能够弯曲的特性，被广泛用于制作仿生机器人的驱动器[4-5].1.2 ICPF材料测试智能材料ICPF可在低压下弯曲变形，其弯曲位移量直接影响了仿生鱼型机器人鱼体的运动速度.图3是激光位移传感器实验的测试平台，能够测量ICPF在不同频率和电压下的偏移量，同时利用AD采集卡将数据进行收集和存储.图4为5 V和9 V电压下，ICPF在不同频率下末端的最大位移曲线.在低频率条件下，ICPF两端输入的电压越大，ICPF的偏移量也就越大.在一定电压条件下，ICPF的偏移量与频率成反比即频率越大，ICPF的偏移量越小.从图5中可以得出，在不同频率条件时，ICPF两端在输入方波信号时，ICPF位移与电压关系.当频率一定时，随着ICPF的输入电压越大，ICPF的偏移量也会越大.并且在电压一定范围时，输入ICPF两端的频率越小，ICPF的位移量就越大.2.1 仿生鱼型机器人游动模型本文设计的仿生鱼型机器人利用离子导电聚合物薄膜（ICPF）智能材料作为仿生机器人的鱼尾.仿生鱼型机器人在水中游动过程中，ICPF执行器的平面坐标几何近似模型如图6所示[6].ICPF薄膜两端输入交变电压时，薄膜会产生弯曲，像鱼尾部一样左右摆动，这就是仿生鱼型机器人的动力驱动原理.依靠驱动力能够推动仿生鱼型机器人的尾部的水向后走，因为作用力和反作用力的原理，仿生鱼型机器人就会向前游动，在运动过程当中，ICPF的摆动形态如正弦波一样，仿生鱼型机器人在游动时，尾部所形成的波动数学模型如方程（1）所示[7]：仿生鱼型机器人的尾部在自然放置时所在坐标值和游动时所在坐标值之间的关系如方程（2）所示：仿生鱼型机器人在游动过程中，尾部形成的波数与波长之间的关系如方程（3）所示：式（3）中t为时间，x为尾部上任意一点在OXZ坐标系中X坐标轴上的坐标，x′为尾部上任意一点在O′X′Y′坐标系中X′坐标轴上的坐标，L′为尾部的绝对长度，即仿生鱼尾部的实际长度，L为尾部的相对长度，即仿生鱼在游动过程中，尾部所处坐标系OXZ中X坐标轴上的长度，λ为游动时其尾部形成的波长，k为游动时其尾部所占波数，T为游动时其尾部的波动周期，a（x）表示游动时其尾部的摆动波幅，h（x，t）表示OXZ坐标系内仿生鱼型机器人模型的中心轴截面相对时间t运动的侧向位移，B（x）表示仿生鱼尾部形成的函数.在游动的过程中，对于智能材料ICPF来说，应当遵循动量守恒[8]：式中M0为仿生鱼的质量，M1为排开液体的质量，V0表示仿生鱼的对地速度，V1表示液体的对地速度.2.2 仿生鱼型机器人游动状态的影响因素仿生鱼型机器人在水中游动的过程中，会受到一些外界的影响，具体如下[9-10]：1）近壁效应.近壁效应是影响鱼游动状态的一个主要因素，所谓近壁效应就是当仿生鱼型机器人游近鱼缸壁时，它的游动状态和远离壁面相比，有明显的反差，近壁效应会减小仿生鱼型机器人的游动速度.2）仿生鱼型机器人的质量.如果仿生鱼型机器人的质量过大，仿生鱼就会下沉到水中，如果质量过轻，仿生鱼就会漂浮在水面，因此配重问题也显得尤为关键.3）水面的张力和仿生鱼的形状及光滑程度.这些因素对仿生鱼的性能影响较小，可以忽略不计.3.1 仿生鱼型机器人样机原型由于仿生鱼型机器人的控制器在鱼体里面，故需要对仿生鱼型机器人的鱼体进行了防水加工，增加其在水中游动过程的稳定性.仿生鱼型机器人样机如图7所示.仿生鱼型机器人的样机长宽高分别为14 cm，6 cm，8 cm，其重量为200 g.3.2 系统硬件设计仿生鱼型机器人是以Arduino Mini Pro单片机作为主控制器，是以塑料鲨鱼作为其结构外壳，尾部是由智能材料ICPF和与其连接的塑料材料制成.仿生鱼型机器人的系统框图如图8所示.系统控制框图包括控制器、控制电路、稳压电路及其继电器装置，同时两只眼和嘴部各配一组红外避障传感器（共3组），分别用于仿生鱼型机器人左右避障和前后避障.仿生鱼型机器人内部的电路原理图如图9所示，仿生鱼型机器人由一个3.7 V的锂电池供电，通过连接升压模块输出5 V为单片机供电，9 V作为继电器的输入，用来驱动鱼尾ICPF.控制器根据红外避障模块（3个红外避障传感器）的反馈来判定当前仿生鱼型机器人周围的运动环境，输出ICPF的驱动信号，实现机器人运动状态的改变[11].仿生鱼型机器人安装了红外避障模块，具有自动避障的功能，可以实现在水中的自动控制.选用4路红外避障传感器模块，使用其中的3路分别添加在鱼的眼部和嘴部，实现左、右和前方避障，避障距离在1～60 cm可调.当该模块前方遇到障碍物时，传感器的输出端口立刻输出TTL电平（传感器正常状态时输出高电平，当传感器检测到障碍物时，输出变为低电平），其输出端口可直接连接Arduino Mini Pro单片机的I/O接口.仿生鱼型机器人经过组装和密封后，将仿生鱼型机器人放在一个装满蒸馏水的水箱中，通过改变仿生鱼型机器人的输入频率，调节仿生鱼型机器人在水中的游动速度（图10）.仿生鱼型机器人能够支持在线编程，图11为仿生鱼型机器人在9 V电压驱动下，不同频率的平均游动速度.通过实验测试，可以发现在0～1 Hz区间，仿生鱼型机器人的游动速度随着鱼尾摆动频率的增加而提高.当鱼尾摆动的频率大于1 Hz之后，仿生鱼的游动速度随着鱼尾摆动频率的增加而降低.当鱼尾摆动的频率超过5 Hz后，仿生鱼的平均游动速度下降到一个很低的值.根据理论分析和实验数据，仿生鱼样机鱼尾理想的驱动信号最终被确定，即驱动电压为9 V，驱动频率为1 Hz.通过实验测试，仿生鱼型机器人样机的最大的游动速度为10.02 mm/s，同时可以连续在水中游动3 h.同时在3个红外避障传感器的反馈下，获得鱼体周围障碍物的信息，从而改变ICPF驱动信号的占空比，实现仿生鱼样机的避障功能，最终实现仿生鱼样机在鱼缸内的自由游动.本文设计了一个基于ICPF驱动器的无线智能仿生鱼型机器人样机，并对机器鱼的游动性能进行了实验测试.从试验结果可以看出，证明了利用ICPF材料作为驱动器是可行的.尽管仿生鱼型机器鱼的游动速度并不是很快，但它为鱼形机器人的设计提供了新的思路.【相关文献】［1］ Kim K，Choi H S.Analysis on the controlled nonlinear motion of a test bed AUV-SNUUV I［J］.Journal of Ocean Engineering，2007，34（8/9）：1138-1150.［2］ Guo S，Fukuda T，Asaka K.A new type of fish-like underwater microrobot［J］.Journal ofMechatronics，2003，8（1）：136-141.［3］ Jain P K，Datta S，Majumder S，et al.Two IPMC fingers based micro gripper for handling［J］.Journal of Advanced Robotic Systems，2011，8（1）：1-9.［4］ Mla Chen Z，Shatara S，Tan X.Modeling of biomimetic robotic fish propelled by an ionic polymer metal composite caudal fin［J］.Journal of Mechatronics，2010，15（3）：448-459.［5］ Ye X F，Gao B F，Guo S X，et al.Development of ICPF actuated underwater microrobots［J］.Journal of Automation and Computing，2006，3（4）：382-391. ［6］ Bonomo C，Fortuna L，Giannone P，et al.A nonlinear model for ionic polymer metal composites as actuators［J］.Smart Materials and Structures，2007，16（1）：1. ［7］ Liu W，Jia X，Wang F，et al.An in-pipe wireless swimming microrobot driven by giant magnetostrictive thin［J］.Journal of Sensors and Actuators A：Physical，2010，160（1）：101-108.［8］ Wang Z，Hang G，Li J，et al.A micro-robot fish with embedded SMAwire actuated flexible biomimetic fin［J］.Journal of Sensors and Actuators A：Physical，2008，144（2）：354-360.［9］ Lina H，Su X.A miniature fish 2 like robot with infrared remote receiver and IPMC actuator［J］.Journal of Northeastern University，2009，30（6）：773-776.［10］Gao B，Guo S，Ye X.Motion-control analysis of ICPF-actuated underwater biomimetic microrobots［J］.Journal of Mech-atronics and Automation，2011，1（2）：79-89.［11］Heo S，Wiguna T，Park H C，et al.Effect of an artificial caudal fin on the performance of a biomimetic fish robot propelled by piezoelectric actuators［J］.Journal of Bionic Engineering，2007，4（3）：151-158.。
由动物启发发明的100个事例
由动物启发发明的100个事例自古以来，人类一直受到动物的启发，发明出了许多让我们生活更加便利的物品和技术。
这些发明变革了我们对世界的认知，不断推动着科技的发展。
下面就来看看由动物启发发明的100个事例。
1. 像海绵一样吸水的材料2. 模仿蜘蛛的丝绸制成阻燃材料3. 仿生机器鱼进行海洋调查4. 蚊子吸血时的机理启发生产血透析机5. 蝙蝠的结构启发超声波感应技术6. 蜘蛛的行走模式启发机器人的行动方式7. 像鸟嘴一样构造的医疗器械8. 舟山海豚的生存机制启发海洋污染治理技术9. 秋蝉原理启发机器人能使用低能耗工作10. 紀精细造出具有自洁能力的涂料11. 模仿鱼骨制造出更轻更耐压的船体材料12. 模仿鱼鳞设计出表面自润滑材料13. 模仿龙虾的节肢制造出更加灵活的机器人14. 模仿蜘蛛网的结构制造出更加坚韧的材料15. 极地鱼类的防冻机理启发医学技术16. 水母的柔软机理启发电器生产17. 蟑螂能适应极端环境的生存机制启发科学研究18. 拟态猎物的外表启发军事隐蔽技术19. 木虱能跳跃的能力启发机器人生产20. 象鼻设计的抓取工具21. 喵咪的爪子启发生产软性机器手22. 老鹰的机动性能启发航空技术23. 鸡蛋的结构启发开发更耐用的保护材料24. 蜗牛的黏附能力启发生产有机胶水25. 蚂蚁的协作机制启发开发智能系统26. 森林中小型爬行动物的生存技能启发野外求生技术27. 鲤鱼的游泳机制启发水下机器人28. 鸭嘴兽的嗅觉能力启发生产化学传感器29. 蜜蜂的社会结构启发组织管理技术30. 借鸵鸟蛋的外表制造保健器械31. 蛇的敏捷机动启发机器人制造32. 大象长鼻的机能启发机器人生产33. 蝴蝶的翅膀颜色启发生产色彩涂料34. 借冬眠动物的机理设计生产生命维持仪器35. 老虎的肌肉结构启发生产强度更大的车架材料36. 骆驼的耐高温特性启发制造高温材料37. 孔雀的羽毛外形启发生产多彩缎带38. 参照蜗牛的移动方式设计出微型运输机器人39. 仿生开发设计新材料，模仿大熊猫把竹子纤维加固到玻璃中，使玻璃更加坚韧耐用40. 在蚂蚁堆中发现踏板式暖气系统，使加热效果更佳41. 模仿红外线感应蚊子，发明红外线探测器，被广泛用于安防领域42. 借助甲虫的弯曲特性设计出具有超弹性的人工骨骼43. 模仿树叶的结构，发明新型太阳能电池44. 模仿蚊子的叮咬方式，发明航空针45. 模仿蚂蚁的探路方式，发明自动搜索系统46. 模仿豆娘的形态，发明新型机体运输机47. 模仿海星的自我修复能力，开发出新型自修复材料48. 模仿猪鼻子的嗅觉系统，开发出新型气体检测器49. 模仿黑熊的嗅觉特性，开发出新型嗅探设备50. 模仿狗鼻子的嗅觉特性，开发出新型炸弹侦测器51. 模仿蜻蜓的飞行方式，开发出新型飞行器52. 模仿蝴蝶的翅膀结构，开发出高效减阻机翼53. 模仿鲸鱼的捕食方式，开发出新型大型渔网54. 模仿锯鳐的肢体结构，开发出新型机械臂55. 模仿鸵鸟的跑步方式，开发出高速越野车56. 模仿蝎子的毒液成分，开发出新型医用药物57. 模仿蟑螂的聚集方式，开发出新型粘虫剂58. 模仿松毛虫的运动方式，开发出新型小型底盘车59. 模仿蛇的无脚爬行方式，开发出新型机器人60. 模仿蜜蜂的舞蹈语言，开发出新型人工智能系统61. 模仿狐狸的嗅觉特性，发明新型气味测量仪62. 模仿老鼠的听觉特性，发明新型听力检测仪63. 模仿水獭的嗅觉特性，发明新型水质检测仪64. 模仿猕猴的智力特性，发明新型智能控制系统65. 模仿燕子的飞行特性，发明新型高空监测器66. 模仿章鱼的视觉特性，发明新型多能触摸屏67. 模仿蜜蜂的社会结构，发明新型社交应用软件68. 模仿猴子的智慧特性，发明新型学习机器人69. 模仿鹰的目视特性，发明新型人机界面设备70. 模仿猫的感知特性，发明新型环境监测器71. 模仿蜥蜴的运动特性，发明新型机械爬虫72. 模仿鱼的氧气吸收特性，发明新型生命支持设备73. 模仿蝉的鸣叫特性，发明新型声音传输技术74. 模仿大熊猫的销售特性，发明新型营销策略75. 模仿苍蝇的避免机制，发明新型反侦察业务76. 模仿蝴蝶的觅食机制，发明新型植物学研究方法77. 模仿蝗虫的翅膀结构，发明新型飞行器制造技术78. 模仿鲨鱼的感官特性，发明新型水下探测设备79. 模仿藻类的光合作用机制，发明新型人工光合作用设备80. 模仿虫子的化学特性，发明新型化学回收技术81. 模仿蚂蚁的复杂社会结构，发明新型社会管理系统82. 模仿鸟嘴的精确控制特性，发明新型医疗器械83. 模仿萤火虫的发光特性，发明新型光学存储器84. 模仿蛇的剧毒机制，发明新型药品研制方法85. 模仿鼹鼠的地道挖掘特性，发明新型地下工程设备86. 模仿鸟的羽毛结构，发明新型热能材料87. 模仿桂皮的香味特性，发明新型香料调制技术88. 模仿狗的嗅觉特性，发明新型气味分析法89. 模仿猴子的动态视觉特性，发明新型视觉传感器90. 模仿蛙的跳跃技巧，发明新型运动控制技术91. 模仿水母的光敏特性，发明新型光敏材料92. 模仿飞鱼的跃出水面技巧，发明新型飞行船93. 模仿鱼的游动特性，发明新型气压传感器94. 模仿蚂蚁的群体行为，发明新型行为相互作用法95. 模仿大象的理智特性，发明新型人工智能算法96. 模仿螳螂的抓握特性，发明新型机器人爪97. 模仿猴子的语言系统，发明新型语音识别技术98. 模仿狮子的尾巴结构，发明新型机械手臂99. 模仿蟋蟀的鸣叫特性，发明新型声学小器件100. 模仿蚊子的翅膀结构，发明新型微型飞行器总之，动物世界中有着许多值得借鉴的优秀设计，这让生物学不再只是一门独立的学科，也成为了工程学的重要研究领域。
机器鱼论文
仿生机器鱼国内外研究现状及分析摘要：介绍了鱼类推进模式的分类及特点，分析了仿生机器鱼的特点。
介绍了国内外仿生机器鱼研制的成果和现状，在此基础上分析了仿生机器鱼研究面临的几个主要问题。
关键词：机器鱼；推进模式；升潜模式；现状引言长期生活在水下的鱼类，经过多年的进化，形成了十分完备的游动性能和器官。
水下推进器的设计目标希望具有效率高、速度快、灵活性好等优点，而鱼类游动恰好具有这些优点，从而在世界范围内兴起了仿生机器鱼研究的热潮。
由于其具有的特点，从而在军事等各个方面都有广泛的发展前景。
1)要求作业时间长、范围大，但本身承载能力或承载空间有限、不能加载太多能源的场合；2)要求机动性能高的场合，如管道检测，管道内部结构复杂，采用微小型机器鱼可较好地完成作业任务；3)海洋生物观察．常规螺旋桨推进器噪声大，对环境的扰动大，使水下运动装置很难接近所要观察的海洋生物，采用微小型机器鱼有望解决这一问题；4)海底勘探及海洋救捞等。
采用仿生推进方式可以容易地进入环境复杂的海洋空间，如沉船内部，珊瑚礁群，完成常规潜器所不能完成的作业任务；5)军用方面。
由于机器鱼噪声低、对环境扰动小、不易被声纳发现、易于隐蔽，它不仅为人们研制新型高效、低噪声、机动灵活的柔性潜艇提供了新的思路，而且可直接进行水下侦察，发现敌方雷区，跟踪及摧毁敌方潜艇。
鉴于仿生机器鱼的诸多优点，国内外学者越来越重视新型仿生机器鱼的研究与开发，取得了很多阶段性的成果，设计了各种各样的机器鱼样机，机器鱼的理论和实验研究已渐显规模。
1、仿生机器鱼的分类及特点1.1、鱼类推进模式分类1）喷射式。
乌贼、鱿鱼、水母等依靠身体躯干的特殊构造，它们由身体内部的特殊部位向后挤压水流产生后向推力，利用动量守恒定理向前推进。
2）鳗鲡模式。
即鳗行式，如鳗鱼、水蛇等，如图1所示，它们的游动犹如正弦波形的前进一样，把身体当作推进器，用从头到尾波动身体来游动。
3）醪科模式。
波动主要集中在身体后2/3部分，推进力主要由具有一定刚度的尾鳍产生，推进速度和推进效率较鳗鲡模式高，在速度、加速度和可控性三者之间有最好的平衡。
仿生机器人：模仿自然界的机器人设计
在自然界中，我们总是能发现一些令人惊叹的生物，它们拥有独特的生存技能和适应环境的能力。
而我们人类，作为地球上最聪明的物种，自然不会放过这些生物的天赋。
于是，仿生机器人应运而生，它们模仿自然界的生物，以期达到更高的效率和更好的性能。
首先，让我们来谈谈那些勤劳的小蜜蜂。
蜜蜂在寻找花蜜的过程中，展现出了惊人的导航能力。
科学家们通过研究蜜蜂的行为，开发出了一种名为“蜜蜂机器人”的导航系统。
这种系统可以让机器人在复杂的环境中，像蜜蜂一样准确地找到目的地。
想象一下，如果你的快递小哥是一只蜜蜂机器人，那么再也不用担心包裹会迷路了。
接下来，我们来看看那些优雅的蝴蝶。
蝴蝶在飞行过程中，翅膀的扇动方式非常独特。
这种扇动方式不仅让蝴蝶能够在空中翩翩起舞，还能有效地控制飞行方向。
受到蝴蝶的启发，科学家们设计出了一种“蝴蝶机器人”，它们可以在空中进行精确的飞行控制，甚至还能在空中悬停。
这种机器人在搜救任务中，可能会发挥出意想不到的作用。
当然，我们也不能忘记那些强壮的蚂蚁。
蚂蚁虽然体型微小，但它们却能搬运比自己重数倍的物体。
这种惊人的力量，源于蚂蚁的肌肉结构和协同工作的能力。
受到蚂蚁的启发，科学家们研发出了一种“蚂蚁机器人”，它们可以搬运重物，甚至在灾害救援中发挥重要作用。
除了这些，还有模仿鱼类的“鱼机器人”，它们可以在水下进行长时间的探索和监测；模仿鸟类的“鸟机器人”，它们可以在空中进行长时间的飞行和观察；甚至还有模仿章鱼的“章鱼机器人”，它们具有高度的灵活性和适应性，可以在复杂的环境中进行各种任务。
然而，仿生机器人的发展并非一帆风顺。
在模仿自然界的过程中，科学家们面临着许多挑战。
比如，如何让机器人在模仿生物的同时，还能保持高效和稳定？如何让机器人在复杂的环境中，像生物一样灵活应对？这些问题都需要科学家们不断地探索和解决。
尽管如此，仿生机器人的发展前景仍然非常广阔。
随着科技的进步，我们可以预见，未来的机器人将越来越像自然界的生物，它们将拥有更高的智能，更强的适应能力，以及更广泛的应用领域。
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3.2 kg.cm
直流伺服电 机
JTAG
6.0V
1~1.5 小时
仿鱼机器人
JTAG下载线
该作品主要由以下几个主要组成部分
1.控制单元。包括AVR单片机ATmega128L及 其他外围部件等。 2.红外测距传感器单元。包括多个红外传感器 GP2D12。 3.支撑单元。包括鱼头、骨架等。 4.驱动单元。包括三个舵机，2个FutabaS9451，1个FutabaS-3102等。 5.其他附件。包括锂电池、弹性防水鱼皮和尾 鳍等。
仿鱼机器人的形体技术参数
尺寸(长× 宽×高) 430×48×75 mm 最小转弯半 径 200 mm（1/2 体长） 重量 0.8 kg 最大扭矩 关节数 3 驱动模式 最大摆动频 率 2 Hz (水中) 通讯模式 摆动部分长 度 178 mm 工作电压 最大游速 (直行) 0.4 m/s 单独运行时 间
研发创新
下面定义两个重要参数：碰撞危险度(Risk Factor)和上升下潜意愿强 度(Awareness Intensity)。推理机根据 Risk Factor的大小确定机器鱼 的减速等级、避障时的转弯等级和转弯模式，根据 Awareness Intensity 决定机器鱼的加速等级。
0
Risk Factor = 1/3 2/3 1
90% 40~50% 70%
0.1~0.3 倍体长 10倍 体长 体长 1/2
不减速或 加速转弯 减速一半 转弯 不减速 转弯
好 差 中
小 小 大
1.国内外研究现状
1. 国内外研究现状
国内外研究现状
1. ESSEX大学 ESSEX大学所使用的 机构为舵机串联机构， 利用的执行器是舵机， 因为其是有限转角的电 机，本身就完成的是摆 动运动，所以不必考虑 机械结构问题可直接使 用。在使用中利用连接 件使得后一个舵机作为 前一个的负载，只要舵 机选择合适就可较简单 的完成机械设计。
4.南洋理工大学 • 南洋理工大学一直致力于全身都可以蠕动的机器鱼， 此种机器鱼的动力学特性与北京大学及本文所研究 的鱼的区别是：此种鱼的机动性能强，由于其全身 的运动致使其自由度很多，控制起来弹性很大，机 动性能强，但是效率并不如局部身体摆动的高。这 种运动机理属于鳗鲡式机器鱼推进模式。
国内外研究现状
研发创新
• 根据避障任务的要求，综合考虑自主仿生机器鱼的 运动特点、物理结构、控制器及工作环境的特点，
下潜位置
中间位置
上升位置
胸鳍
轴
3.总体设计
3.总体设计动画演示头部由红外传感器,控制电路板,电源,沉浮机构 组成,鱼身主要由舵机电路组成，鱼尾是水下推 进装置。
仿鱼机器人
仿鱼机器人的基本结构 该项目为三关节、自主避障的小型仿鱼机 器人，该作品的形体参数、技术参数如右图
无障碍
平动
0
1 1
1
0 1
1
0 0
0
1 0
0
0 1
0
0 0
下方有障碍
上方有障碍
加速上升
加速下潜
上下方都有障 加速平动 碍
研发创新
2 推理机的设计· 实现定量描述 本系统采用正向推理策略，推理 工作周期为读红外传感器数据，检 测并计算有规则条件，冲突消解， 规则执行，推导机器鱼的速度等级 ，转弯模式，转弯等级等。 推理机的功能包括分析当前的碰撞 情况，估计碰撞的危险度，规划机 器鱼的速度等级、转弯等级等。
FIR=LIR=RIR=0
FIR+LIR+RIR=1 FIR+LIR+RIR=2 FIR+LIR+RIR=3
（1）
0
Awareness Intensity
TIR=BIR =0
（2）
=
1/3 TIR+BIR =1
2/3 TIR=BIR =1
研发创新
我们规定 ：当所有传感器的输出为0，即(FIR、 LIR、RIR、TIR、BIR) = (0，0，0，0，0)时，机器鱼 的速度等级为4，规则库中的加速和减速运动都是 以这个速度等级为基准的。因此，加速等级取值 范围为{5，6，7}；减速等级取值范围为{0，1，2， 3}。 根据 Risk Factor 的值决定转弯模式、转弯等级 、减速等级的指导原则是：Risk Factor 越大，碰撞 的危险性越大，转弯半径越小，转弯等级越大， 速度等级越小，越容易避开障碍，反之亦然。同 理，Awareness Intensity 越大，机器鱼的加速等级 越高。
研发创新 1 规则库的设计· 实现定性描述
5个输入量：前部红外传感器（ FIR ）、左侧红 外传感器（ LIR ）、右侧红外传感器（ RIR ）、顶 部红外传感器（TIR）、底部红外传感器（BIR） 8个基本运动：上升(UP)、下潜(DOWN)、平动 (HORIZON) 、 加速 (ACCE) 、 减速 (DECE) 、左 转(L_TURN)、右转(R_TURN)、直行(STRAIGHT) 根据 5 个输入量和 8 个基本运动之间的因果关系 ，我们将控制规则划分为两个子规则库：规则库 1 （包含避障规则）和规则库 2（包含上升下潜规则 ）。
参赛单位：山东科技大学信息与电气工程学院
仿鱼机器人· 视频
研发意义
仿鱼机器人具有启动速度快、转弯半径小、 推进效率高和环境噪声低等优点 。 仿鱼机器人在海洋环境检测、海底勘探、海 洋救捞、军事侦察等方面具有广阔发展空间。
推进 效率 鱼类 传统水下 推进系统 仿鱼机器人 转弯 半径 转弯 方式 可靠 性 噪音
国内外研究现状
2.东南大学 东南大学的机器鱼比较简单，只有一 个自由度，即只利用一个电机控制经 过传动之后变成鱼尾鳍摆动运动。
国内外研究现状 3.密歇根州立大学 • 密歇根州立大学 研制的机器鱼已 经加入了GPS导 航定位单元，温 度传感器等多种 传感器，基本可 以完成自主定位 与导航功能。
国内外研究现状
5.中国科技大学 中国科学技术大学所开发 的机器鱼是类鳝类机鱼， 它的仿生对象是蓝点魟， 它的机构是并联的舵机机 构，通过每个舵机的协调 摆动产生不同大小方向的 推力，从而完成鱼的巡游， 左转，右转，倒退等动作。 其机器鱼的结构示意图见 图。
2.研发创新
2.研发创新
研发创新
目前研究的仿生鱼主要停留在对划水 姿态以及水动力的研究，很少涉及实用 性应用，该项目开发了自主智能避障的 功能，具有了一定实用价值。 该项目科技先进性在于：设计了智能 控制系统，采用规则推理的智能控制方 法，完成运动的定性和定量描述。
运动描述 直 行 减速左转 减速右转 减速直行 减速左转 减速左转 减速右转 减速右转
0 0 0 1 0 1 1 1
1 0 0 1 0 0 0 0
前方、右侧有障 碍
前方、左侧有障 碍 三方向都有障碍
研发创新
规则库 2
输入 TIR 0 BIR 0 UP 0 输出 DOWN 0 AC CE 0 HORI ZON 1 环境描述 运动描述
复位信 号输入 看门狗 定时器 中央处 理单元 定时器 /计数 器1 RAM 电源输入 第一路PWM 控制第一路 舵机 控制第二路 舵机 控制第三路 舵机 SRAM 产生 控制波形 第二路PWM 指示灯 自定义 I/O端口 第三路PWM 传感器 时钟信 号输入
仿鱼机器人
控制芯片的选择 采用ATmega128L单片 机作为主要控制芯片， 具有先进的RISC架构， 采用低功耗CMOS技术， 而且在软件上支持C语 言及汇编语言。芯片内 部集成了很多大容量的 存储器和丰富且功能强 大的硬件接口电路，此 款单片机的片内资源给 控制系统的设计及后续 程序的升级和维护提供 了非常大的方便。
研发创新
规则库 1
输入 输出
DECE STRAIGHT
FIR LIR RIR L_TURN R_TURN 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0
环境描述 无障碍 右侧有障碍 左侧有障碍 左、右侧有障碍 前方有障碍
仿鱼机器人
舵机的选择
该系统采用两个 FutabaS-9451以及一个 FutabaS-3102舵机串联 作为执行器，其优点在于 控制方法简单，可直接驱 动鱼尾完成运动，无需传 动装置。
OUT